反激式转换器VIPERGAN50用于下一代50W电源中

作者：意法半导体

VIPERGAN50 是 VIperPlus 系列的第一个成员，可在广泛的工作电压（9 V 至 23 V）下提供高达 50 W 的功率。这也是我们第一款采用氮化镓 （GaN） 晶体管的 VIPer器件。得益于 650 V GaN 器件，VIPERGAN50 在自适应突发模式开启的情况下，待机时所需的功率不到 30 mW。此外，它的保护功能提高了它的稳健性并有助于缩减材料清单。其 QFN 5 mm x 6 mm 封装也使其成为业内功率输出最小的器件之一。VIPERGAN50 已批量供货，带有 USB-C 供电端口的开发板即将面世。

为什么选择 QR ZVS 反激式转换器？

应用不断需要更高的功率密度

在我们2002 年 11 月的应用笔记 AN1326中，我们解释了工程师经常在电视的开关模式电源 （SMPS）中使用准谐振 （QR） 零电压开关 （ZVS），也称为开启时的谷底开关。其他电器。虽然今天仍然如此，但拓扑现在在更多的产品中。原因是功率包络每过十年就变得越来越密集。例如，电视现在推动更多像素，同时具有更严格的功耗要求。同样，虽然 50 W 充电器并不新鲜，但消费者需要的电源看起来和感觉都不像巨大的热砖和快速充电的笔记本电脑、平板电脑、手机等。

QR ZVS 反激式转换器不断需要更高的效率

由于其效率，该行业经常求助于 QR 转换器。在传统的 PWM 转换器中，器件在电压最高时开启，这会导致功率损耗随着开关频率的增加而增加。工程师可以使用缓冲电路来缓解这种情况，但提高效率的最佳方法是软开关，这意味着在电压或电流为零时进行开关。为此，谐振（电感-电容或 LC）将方形信号转换为正弦波形。在 ZVS 中，开启发生在曲线的底部或谷底。多年来，工程师们试图提高 QR ZVS 反激式转换器的效率，而 GaN 正好给了他们一个新的答案。

为什么选择今天的 VIPERGAN50？

氮化镓晶体管

VIPERGAN50 使用与MASTERGAN 系列相同的 650 V GaN 晶体管，因此具有类似的优势。例如，GaN 的高电子迁移率意味着该器件可以承受高开关频率。因此，它可以处理更大的负载，同时遭受的损失要少得多。因此，GaN 能够创建能够输出更多功率同时缩小其整体占地面积的电源。VIPERGAN50 也具有很高的象征意义，因为它是众多产品中的第一个。随着 ST 继续优先考虑 GaN，我们将使用更高等级的晶体管。因此，业界可以期待未来的 VIPERGAN 模型具有更大的输出功率。

多模式操作

由于多模式操作，新设备优化了其性能。简而言之，VIPERGAN50 根据其负载调整其开关频率。在重负载期间，准谐振电路将 GaN 导通与变压器去磁（ZCD 引脚）同步，以最大限度地减少损耗。同样，重载或中等负载会触发跳谷。简而言之，当负载降低时，晶体管可以跳过一个或多个谷底。在这种情况下，开关频率会降低以限制损耗。

同样，频率折返模式在中等和轻负载期间降低频率，但确保其保持在某个阈值以上以防止噪声。最后，在轻载或空载时，突发模式可以将开关频率限制在几百赫兹，同时保持恒定的峰值电流以防止噪声。在最后一种模式下，VIPERGAN50 的功耗低于 30 mW，静态电流仅为 900 µA。因此，新设备可以帮助满足要求更高能效以节省全球资源的新环境法规。

VIPERGAN50的多模式操作

保护功能

传统上，工程师添加外部设备以提供安全功能并保护其电路。VIPERGAN50 大大提高效率的事实意味着 ST 有空间包含更多的安全功能。因此，设计人员在他们的板上需要更少的组件，从而减少了他们的 BOM。例如，新器件是 VIPer Plus 系列中第一款提供输入过压保护（iOVP） 以防止突然电压尖峰的器件。类似地，欠压/欠压功能通过设置启动运行的最小输入电压和停止运行的最小输入电压来监控电源电压，以保护系统免受不可靠电源的影响。这些功能是在更常见的过热和过载/短路保护之上的。